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Schaltungsanordnung zur wahlweisen Einstellung eines dreispuligen
Verhältnisstromanzeigers auf verschiedene Winkelstellungen Es ist schon vorgeschlagen
worden, zur Fernübertragung von Winkelwerten von einer Gebe- nach einer Empfangsstelle
ein duales Impulscodeverfahren zu benutzen, wobei dann jeder übertragene Winkelwert
an der Empfangsstelle zunächst als eine Kombination von erregten und unerregten
Relais- und damit von betätigten oder unbetätigten, d. h. also dualen Schaltkontakten
vorliegt, so daß die Forderung nach einer "chaltungsanordnung entstand, die ermöglicht,
ein sich auf verschiedene Drehwinkel einstellendes elektrisches Gerät, ein Drehankersystem,durch
ein wahlweises gleichzeitiges Betätigen einer Anzahl von dualen Schaltkontakten
auf eine bestimmte Anzahl verschiedener Winkelstellungen einzustellen. Gemäß dem
gemachten Vorschlag werden durch die Schaltkontakte je nach der Kombination, in
der sie betätigt werden, die Spulenanschlüsse eines* Verhältnisstromanzeigers
an bestimmte, geeignet gewählte Hilfsspannungen gelegt, deren Auswahl so getroffen
sein kann, daß sich die auf solche Weise bewirkten verschiedenen Winkeleinstellungen
des Läufers gleichmäßig über eine volle Umdrehung verteilen.
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Es besteht nun das Bedürfnis, die Zahl der nach diesem Verfahren übertragbaren
diskreten Winkelstellungen so zu steigern, daß schließlich, wie bei den bekannten
Winkelübertragungsanlagen, bei denen beispielsweise ein kreisförmig ausgelegter
Spannungsteilergeber über Fernleitungen unmittelbar mit einem
Verhältnisstromanzeiger
verbunden ist, Winkelwerte stetig oder nahezu stetig übertragen werden können.
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Die Zahl der mit einem dualen Impulscodeverfahren übertragbaren diskreten
Winkelwerte hängt zunächst -von der Stellenzahl des gewählten dualen Codesystems
ab. Mit einem achtstelligen dualen Code z. B. können bereits 23 = 256 verschiedene
Werte übertragen werden; auf der Empfängerseite sind in einem solchen Fall acht
-Relais angeordnet, die j e nach den ankommenden Impulskombinationen in 256 verschiedenen
Kombinationen gleichzeitig ansprechen und damit 256 diskrete Winkeleinstellungen
erzeugen können.
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Hinsichtlich der Stellenzahl des Übertragungscodes und der Zahl der
anzuwendenden Relais stehen also einer steigenden Verfeinerung der Winkelwertübertragung
praktisch keine Schwierigkeiten entgegen. Schwierigkeiten entstehen jedoch dadurch,
daß je nach dem Aufbau der gewählten Schaltungsanordnung mit der Zahl der erzielbaren
Winkeleinstellungen auch die Zahl der von einem Relais maximal zu betätigenden Schaltkontakte
zunimmt, so daß der Aufwand bald ein praktisch tragbares Maß überschreitet. An Hand
der Abb. z sei dies-an einem einfachen Beispiel unter Anwendung einer an sich naheliegenden
Schaltung erläutert. In dem Beispiel soll ein dreispuliger Verhältnisstromanzeiger
durch wahlweise Betätigung von Kontakten auf vier diskrete Winkelstellungen eingestellt
werden, die sich gleichmäßig auf eine volle Umdrehung verteilen. Zur Fernübertragung
genügt ein dualer Zweiercode, und an der Empfangsstelle befinden sich zwei Relais
I und II, die in den vier Kombinationen o, I, II, I + II ansprechen können. a, b,
c sind die auf den Läufer gewickelten Spulen eines dreispuligen Verhältnisstromanzeigers
E, die sich bei Gleichspannungsbetrieb im Feld eines permanenten Magneten befinden
mögen. Sp ist ein bei -f- V und - V' gespeister Spannungsteiler mit insgesamt sieben
AbgriftL.i, von denen die Leitungen h .... L, an den Verhältnisstromanzeiger
E geführt sind, die sich unterwegs verzweigen und durch die von den Relais I und
II - gezeichnet sind nur die Relaisanker - betätigten Schaltkontakte Il, I2, I3
bzw. IIi . . : . IIs wahlweise mit den Anschlüssen A, B, C an den drei Anzeigerspulen
a, b, c verbunden werden, womit sich vier verschiedene Einstellungen des
Läufers ergeben.
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Bei der gezeichneten Stellung der Relaiskontakte liegt der Anschluß-A
an Spannung o, B liegt an + V1 und C an - V1. Spricht das Relais I an, dann liegt
A an -j- V, B an - V2 und C an + V2. Sprechen beide Relais I und II
an, so liegt A an O, B an V, und C an -f- Vi. Spricht nur das Relais II an, so liegt
A an - V, B an -r-- V2 und C an - V2. Sind die Teilspannungen richtig
gewählt, so verteilen sich die damit erzielten vier Winkeleinstellungen gleichmäßig
über eine volle Umdrehung.
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Wollte man nun von dieser Schaltung ausgehend den Verhältnisst-omanzeiger
unter Benutzung eines dualen Dreiercodes für die Fernübertragung und unter Verwendung
dreier Relais auf 23 = 8 verschiedene Winkelstellungen einstellbar machen, so müßten
von dem mit weiteren Anzapfungen versehenen Spannungsteiler sechs weitere Abgriffsleitungen
nach dem Verhältnisstromanzeiger geführt werden, und das dritte Relais hätte 12
Kontakte zu betätigen. In entsprechender Weiterbildung dieser Schaltung müßten zur
Erzielung von 16 verschiedenen Winkeleinstellungen unter entsprechender Erhöhung
der Zahl der Abgriffe am Spannungsteiler von einem vierten Relais 24 Kontakte betätigt
werden usw.
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Die Erfindung erreicht nun durch ein besonderes System bei der Anordnung
und Zuordnung der Schaltkontakte zu den Spannungsteilerabgriffen und den Spulenanschlüssen
eine wesentlich geringere Anzahl sowohl der insgesamt als auch der maximal von einem
Relais zu betätigenden Schaltkontakte.
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Die Grundform. der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist dadurch
gekennzeichnet, daß an dem Spannungsteiler an drei Hauptabgriffen drei Spannungen
abgegriffen werden, von denen diejenige mit dem höchsten Absolutwert ein gegenüber
den beiden anderen entgegengesetztes Vorzeichen - bei Wechselspannungsbetrieb also
eine um 18o° versetzte Phasenlage -aufweist, daß von diesen Hauptabgriffen Verbindungsleitungen
zu den Spulen des Verhältnisstromanzeigers geführt sind und daß ferner ein Schaltkontakt
oder Schaltkontaktpaar die Speisung des Spannungsteilers umpolt, während eine Gruppe
von Schaltkontakten die Anschlüsse der Verbindungsleitungen an den Spulen des Verhältnisstromanzeigers
wahlweise vertauschte Die-Abb. 2 zeigt hierfür das Schaltbild. Sp ist der Spannungsteiler,
der durch die Speisequelle -1- V, - V gespeist wird. Ein erstes Relais u polt bei
seinem Ansprechen die Speisequelle um, und die drei weiteren Relais v, w und p vertauschen
bei ihrem Ansprechen die von den drei Hauptabgriffen mit den Spannungswerten
x, y und z des Spannungsteilers nach dem Verhältnisstromanzeiger führenden
Verbindungsleitungen L1, L, und L3 hinsichtlich des Anschlusses an den drei Empfängerspulen
A, B, C. Die Spannung z
mit dem höchsten Absolutbetrag besitzt gegenüber
den beiden anderen (x und y) entgegengesetztes Vorzeichen.
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Mit dieser Schaltung lassen sich unter Anwendung von insgesamt nur
acht Schaltkontakten zwölf verschiedene, über eine volle Umdrehung gleichmäßig verteilte
Winkeleinstellungen eines bei A, B, C angeschlossenen dreispuligen Verhältnisstromanzeigers
erzielen.
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Hiervon überzeugt man sich leicht, wann man sich die. bekannten Kurven
des Verlaufes der Spannungen an den drei Spulen eines Verhältnisstromanzeigers zur
Ausführung einer vollen Umdrehung vergegenwärtigt, wie sie in Abb. 3 schaubildlich
dargestellt sind. In dieser Abbildung sind als Abszisse die Drehwinkelgrade und
als Ordinate die an die Spulenanschlüsse eines dreispuligen Verhältnisstromanzeigers
zu legenden Teilspannungen aufgetragen. Dle Kurven Vu, Vb, V, entsprechen dem Spannungsverlauf
an den drei Spulen; sie haben etwa sinusförmige Gestalt und sind in der Phase um
zzo° gegeneinander versetzt. Greift man nun die mit z bis 12 bezeichneten Winkelwerte
heraus, so ersieht man, daß, um den Läufer des Anzeigers auf diese zwölf Winkelstellungen
zu bringen, nur drei dem Absolutbetrag - nach verschiedene
Spulenspannungen
x, y und z erforderlich sind und daß die dem Absolutbetrag nach höchste Spannung
immer gegenüber den beiden anderen das entgegengesetzte Vorzeichen aufweist, so
daß man mithin durch Umpolen des Spannungsteilers und Vertauschung der drei Spulenanschlüsse
zum Ziel gelangt. Zur Erreichung einer gleichmäßigen Winkelverteilung muß bei Sinusform
der Spannungskurven die Bedingung x : y : z = sin 1:5': sin 45': sin 75'
erfüllt sein. Ausgehend von der beschriebenen Grundschaltung läßt sich nun in zweckmäßiger
Weiterbildung der Erfindung die Zahl der Winkeleinstellungen des Verhältnisstromanzeigers
dadurch erhöhen, daß die drei Verbindungsleitungen L1, L2 und L3 durch weitere Gruppen
von Schaltkontakten auf Zwischenabgriffe am Spannungsteiler umschaltbar sind.
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Abb. q. zeigt hierfür ein Schaltbeispiel. Dargestellt sind nur der
Spannungsteiler, die Abgriffe und die Schaltkontakte, die die Verbindungsleitungen
L1, L2 und L;3 an verschiedene Abgriffspunkte des Spannungsteilers SP schalten;
die übrigen Schaltmittel (Relais ;h, w, v mit zugehörigen Schaltkontakten
usw.) sind aus Abb.2 zu ergänzen. Beim Ansprechen des Relais m wird durch Umlegen
der Kontakte in, m2, m3 an Stelle der Spannung x eine (höhere) Spannung x1, an Stelle
von y eine (niedrigere) Spannung y1 und an Stelle von z eine (höhere) Spannung z1
abgegriffen und jeweils an die Leitungen L1, I_2, L3 gelegt. Sind die Abgriffe geeignet
gewählt, ist insbesondere x1 = y1, so erhält man die in der Abb. 3 mit
I a, 39, 5 a usw. bezeichneten Zwischenstellungen, deren Winkelwerte
genau in der Mitte zwischen den Winkelwerten i und 2, 3 und q., 5 und 6 usw. liegen.
Spricht dagegen das Relais v an und legt die Schaltkontakte r1, v2, r3 um, so wird
an Stelle von x die Spannung o und an Stelle ,von y die (höhere) Spannung y2 und
an Stelle von z die (niedrigere) Spannung z2 abgegriffen und an die Leitungen L1
bzw. L2 bzw. L3 gelegt. Wird hierbei y2 = z2 gewählt, so entstehen die in Abb. 3
mit 2b, 4b,
6b usw. bezeichneten Zwischenstellungen jeweils in der Mitte zwischen
den Stellungen 2 und 3, .4 und 5, 6 und 7 usw., so daß mithin der Läufer des Verhältnisstromanzeigers
mittels insgesamt vierzehn Schaltkontakten auf vierundzwanzig gleichmäßig verteilte
Winkelstellungen eingestellt werden kann.
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Bei einer weiteren Erhöhung der Zahl der Winkeleinstellungen ist es
zweckmäßiger, die Teilspannungen an einem Transformator abzugreifen. Bekanntlich
lassen sich Verhältnisstromanzeiger mit elektromagnetischer Felderregung auch mit
Wechselstrom betreiben, wenn die Teilspannungen für die Spulen zu der Feld-Erregerspannung
in einer festen Phasenbeziehung stehen, also z. B. wenn alle Spannungen derselben
Spannungsquelle entnommen werden. (Auch wenn hierbei gelegentlich die Verhältnisse
so liegen, daß bei Einstellung des Läufers in die durch die Teilspannungen an den
Spulen bestimmte Winkelstellung die Spulenströme infolge der Induktionswirkung des
Erregerfeldes zum Verschwinden kommen, soll der gebräuchliche Ausdruck "Verhältnisstromanzeiger«
beibehalten werden.) Gemäß einem weiteren .Merkmal der Erfindung werden nun an einem
Transformator Teilspannungen verschiedener Höhe dadurch abgegriffen, daß die Schaltkontakte
Einzelwicklungen des Transformators in wahlweisen Kombinationen hintereinanderschalten.
Auf solche Weise lassen sich mit n Einzelwicklungen und n Schaltkontakten durch
wahlweise Addition der Einzelspannungen 2n verschiedene Spannungen erzeugen. Wendet
man diesen Gedanken auf die Grundschaltung gemäß Abb. 2 an und läßt jede der Teilspannungen
x, y, z mittels wahlweiser Hintereinanderschaltung von beispielsweise drei Teilwicklungen
eines Transformators je 23 = 8 verschiedene Werte annehmen, so lassen sich innerhalb
des Winkelabschnittes zwischen i a und 2 b (Abb. 3) acht diskrete Winkeleinstellungen
erzielen, so daß man längs einer vollen Umdrehung 1? . 8 = 96 Winkelstellungen
bekommt, da sich die übrigen ii . 8 Winkelwerte durch Umpolen der Speisequelle und/oder
Vertauschung der Spulenanschlüsse ergeben. Damit der betrachtete Winkelabschnitt
umfaßt wird, muß der niedrigste Wert von x die Spannung o, der niedrigste
Wert von y
gleich dem höchsten Wert von x und der niedrigste Wert von z gleich
der Summe der Höchstwerte von x und y sein.
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Ein Schaltbeispiel hierfür zeigt die Abb. 5. Dargestellt ist wieder
nur die Speisequelle, der Spannungsteiler und die Abgriffe mit den drei Verbindungsleitungen
L1, L2, L3; die rechte Seite der Abb. 2 mit den Relais v, w, p und ihren Kontakten
ist hinzuzudenken. Der gestrichelt umrandete Teil stellt einen Transformator dar,
der primärseitig von der Wechselspannungsquelle V gespeist wird. Der Kontakt asls
wird durch das nicht eingezeichnete Relaisas betätigt und polt die Erregungseinrichtung
des Transformators und damit alle Sekundärspannungen um. Die Sekundärseite des Transformators
trägt eine Anzahl teils aufgetrennter, teils durchlaufender Wicklungen. Die Mitte
der Sekundärseite des Transformators ist geerdet, die Spannung z hat damit gegenüber
x und y entgegengesetztes Vorzeichen bzw. eine um i8o° versetzte Phasenlage. Die
nunmehr in verschiedener Größe an die Leitung L1 zu legende Spannung x wird je nach
der Lage der Kontakte IIIl, IV, V1 an verschiedenen, gegebenenfalls auch hintereinandergeschalteten
Teilwicklungen abgegriffen, ebenso die an die Leitungen L2 und L3 zu legenden Spannungen
y und z, deren Auswahl durch die Kontakte III2, IV2, V2 bzw. 1113, IV3, V3 vorgenommen
wird. Die von denselben Relais betätigten Kontakte sind mit derselben römischen
Zi sc_r bezeichnet. Di Ausnutzung sämtlicher Kombinati-)ne:- b i der Addition der
Spannungen an den einzelnen Teilwicklungen - wozu diese Spannungen zweckmäßig n
:: h Potenz-.-von 2 abgestuft sind - ergibt zwar eine lineare Interpolation der
Zwischenwerte, was in Anbetracht der kurzen Abschnitte, die die einzelnen Spannungswerte
bei der Umschaltung auf der Sinuskurve zu durchlaufen haben, an sich schon nur zu
geringen Fehlern führt, der #n Auswirkung auf die Winkeleinstellung noch dadurch
nahezu beseitigt wird, Jaß die Abweichungen bei allen drei Spannungen in derselben
Richtung liegen.
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Das beschriebene Schaltbeispiel ermöglicht sechsundneunzig gleichmäßig
über eine volle Umdrehung
verteilte Winkeleinstellungen "bei Anwendung
von sechzehn Schaltkontakten und sieben in verschiedenen Kombinationen ansprechenden
Relais, von -denen jedes nur höchstens drei Schaltkontakte zu betätigen hat. Zur
Fernübertragung dieser Werte ist ein siebenstelliger Code erforderlich, der allerdings
nicht voll ausgenutzt wird, indessen ließen sich mit einem sechsstelligen.Code nur
vierundsechzig Werte übertragen.
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Eine weitere Erhöhung der Zahl der Winkeleinstellungen erhält man
durch Erhöhung der Zahl der Stufen und Verfeinerung der Abstufung der Intervalle,
in denen die Teilspannungen x, y, z als veränderbar angenommen. worden sind.
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel sind für die Teilspannungen x, y, z je drei
verschiedene zu- und abschaltbare Wicklungsteile bzw. Einzelwicklungen vorgesehen.
Wird das Intervall, in dem sich j ede Teilspannung verändert, durch je vier Einzelwicklungen
aufgeteilt, so ergeben sich unter Hinzufügung eines weiteren Relais mit drei Schaltkontakten
insgesamt 12 X 24 = 192 Winkelstellungen, da damit das betrachtete Intervall 2 b
(Abb. 3) in 24 = 16 Teile geteilt wird und sich die in das Intervall fallenden Spannungswerte
bei einer vollen Umdrehung zwölfmal wiederholen. Allgemein erhält man mit n Relais
am Spannungsteiler und n zu- und abschaltbaren Teilwicklungen für jede der drei
Teilspannungen x, y, z bei weiterem Ausbau der erfindungsgemäßen Grundschaltung
in der angegebenen Weise 12 -2,n diskrete Winkeleinstellungen. Jedes dieser Relais
hat nur drei Schaltkontakte zu betätigen; hinzu kommen allerdings noch die Relais
2.c, v, w, p gemäß der Grundschaltung (Abb. 2), die mitsamt ihren Schaltkontakten
bei jeder Erhöhung der Stellenzahl unverändert bleiben.